深厚淤泥或砂層中旋挖樁施工技術(shù)

龍 剛

（中建二局第三建筑工程有限公司深圳分公司，廣東 深圳 550008）

深厚淤泥或砂層中旋挖樁施工技術(shù)

龍 剛

（中建二局第三建筑工程有限公司深圳分公司，廣東 深圳 550008）

在深厚淤泥或砂層中進(jìn)行旋挖樁施工時(shí)，極易出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，以致對旋挖樁的成孔、成樁質(zhì)量和施工安全造成極大隱患。今根據(jù)試樁時(shí)探明的地質(zhì)情況及混凝土的灌注情況，驗(yàn)證了坍孔部位即為淤泥或砂層，于是結(jié)合工程地質(zhì)勘察報(bào)告，采用鋼長護(hù)筒穿過淤泥或砂層進(jìn)行旋挖樁施工。此技術(shù)在深厚淤泥或砂層中取得了良好的施工效果，保證了旋挖樁的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

深厚淤泥層；砂層；旋挖樁

旋挖樁施工適用于黏土、砂土、粉土、碎/卵石土及部分巖層中，適用地層較廣泛，具有施工速度快、施工精度比較高，可自行行走、移機(jī)方便、機(jī)械化程度比較高，無須提供動力電源，以及單樁承載力比鉆孔灌注樁高等特點(diǎn)。但旋挖樁機(jī)前期投入比較大、自重大， 對場地要求比較嚴(yán)格、孔壁護(hù)壁差。

旋挖樁施工技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于樁基工程施工中，并取得了很好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會效益，已經(jīng)成為樁基工程施工中不可或缺的技術(shù)之一。但是，對于存在深厚淤泥或砂層的地質(zhì)條件，旋挖樁施工時(shí)經(jīng)常會遇到坍孔等問題，以致嚴(yán)重影響了旋挖樁的施工質(zhì)量和施工安全，同時(shí)增加了工程的施工成本。因此，必須針對特定的地質(zhì)條件采取相應(yīng)的施工措施，以繼續(xù)發(fā)揮旋挖樁施工技術(shù)的優(yōu)勢。

1 深厚淤泥或砂層對旋挖樁施工技術(shù)的影響

砂土具有較大的內(nèi)摩阻力而無粘結(jié)力［1］，淤泥無任何強(qiáng)度，旋挖樁機(jī)在深厚淤泥或砂層中一成孔，立即會出現(xiàn)向孔內(nèi)塌陷的現(xiàn)象，形成較大擴(kuò)孔，灌注混凝土的充盈系數(shù)較大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致無法成孔，甚至?xí)斐傻孛娉料?，對施工機(jī)具、人員造成極大的安全隱患，同時(shí)砂的沉淀速度很快，易出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。

在深厚淤泥或砂層中進(jìn)行旋挖樁施工時(shí)，不能采取常規(guī)的施工工藝，必須有針對性地采取如加大泥漿相對密度、放慢成孔速度，特別是降低提升速度或采用鋼長護(hù)筒穿越淤泥或砂層等措施，以此保證旋挖樁機(jī)的正常施工。

在深厚淤泥或砂層中進(jìn)行旋挖樁施工時(shí)，對旋挖樁成孔質(zhì)量有較大影響的因素主要有以下幾個(gè)方面：

1.1 護(hù)壁泥漿質(zhì)量

護(hù)壁泥漿的質(zhì)量對于防止孔壁坍塌、確保鉆孔成形效果有著重要影響。在淤泥或砂層中施工時(shí)，泥漿質(zhì)量會因淤泥、砂的混入而降低。如果泥漿相對密度、黏度較低，鉆孔的側(cè)壁很容易被沖刷和出現(xiàn)坍孔事故。

1.2 鉆具形式

施工中經(jīng)常采用的是直筒鉆斗，保徑條厚度10 mm 左右，這種鉆斗在施工過程中其側(cè)壁與孔壁之間接觸，地層會因負(fù)壓和粘合作用受到較大的影響，并造成縮徑或坍孔現(xiàn)象。

1.3 鉆具一次進(jìn)尺

在深厚淤泥或砂層中施工，鉆斗的一次進(jìn)尺和裝載量不宜過大，在鉆斗提升過程中，鉆斗內(nèi)的砂會漏出并混入泥漿中，從而影響泥漿質(zhì)量、降低泥漿的護(hù)壁效果。

1.4 鉆具提升速度

鉆斗提升過程中，在鉆斗的頂部和底部存在負(fù)壓，這種壓差與鉆斗提升速度成正比，鉆斗內(nèi)的水流速度也會隨著鉆斗的提升速度而加快，從而對孔壁造成較大沖刷，穿越砂層時(shí)，會造成砂混入泥漿中，影響了泥漿的質(zhì)量，同時(shí)也增加了孔底沉渣厚度。

2 深厚淤泥或砂層中旋挖樁施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 工程實(shí)例概況

以廣州市海珠區(qū)某項(xiàng)目為例，本工程總建筑面積為31萬m2，包括一棟220 m 超甲級寫字樓和一棟160 m 公寓，地下室4層，基坑開挖深度19.55～20.75 m，基坑面積2.1萬m2，基坑周長623 m，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用“樁撐+樁錨”組合支護(hù)形式，設(shè)置三道內(nèi)撐，基坑北側(cè)的止水帷幕采用直徑 850 mm 的三軸攪拌樁，其他部位的止水帷幕采用直徑550 mm的雙排單軸攪拌樁，并在樁間設(shè)置雙管旋噴樁，本工程的基坑形狀見圖1。

圖1 基坑形狀圖

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程基坑支護(hù)樁所處的工程地質(zhì)情況自上而下為：素填土、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、中粗砂、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖、微風(fēng)化泥巖等，還存在碎石層、混凝土硬層及孤石等不良地質(zhì)情況。其中，淤泥質(zhì)土約2.3～3.7 m厚，粉細(xì)砂、中粗砂約3.2～4.5 m 厚。支護(hù)樁設(shè)計(jì)樁徑為1.20 m，樁間距1.40 m，樁長21.5～24 m，樁底基本處于中風(fēng)化泥巖。支護(hù)樁的典型地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

2.2 旋挖樁首次試樁情況

本工程基坑支護(hù)旋挖樁施工前按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試樁［2］，試樁情況如下：

1） 先埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒高度2.0 m，護(hù)筒直徑1.30 m。

2）采用膨潤土在現(xiàn)場制造泥漿，泥漿相對密度1.15。

3）嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度不大于10 m/h，鉆頭提升速度不大于0.2 m/s。

4）嚴(yán)格執(zhí)行二次清孔工藝，孔底泥漿相對密度不大于1.1，含砂率小于8%，泥漿黏度小于28 s，孔底沉渣厚度小于150 mm。

5）導(dǎo)管直徑280 mm，管節(jié)長3.0 m，嚴(yán)格控制導(dǎo)管在混凝土的埋深為2～6 m，設(shè)計(jì)樁長21.5 m，混凝土超出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.7 m。

6）灌注混凝土理論方量25.1 m3，實(shí)際灌注混凝土方量37.5 m3，超量12.4 m3，混凝土充盈系數(shù)達(dá)1.49。

混凝土灌注記錄顯示，在標(biāo)高6.50～-1.00 m位置，混凝土上升高度與實(shí)際灌注的混凝土方量嚴(yán)重不符，根據(jù)地質(zhì)剖面圖，此段正好是淤泥或砂層，可以判斷出旋挖樁穿過淤泥或砂層時(shí)，坍孔嚴(yán)重。

2.3 旋挖樁首次試樁小結(jié)

1）混凝土灌注量超方嚴(yán)重，說明采用普通的旋挖樁施工工藝不能適應(yīng)現(xiàn)場情況。

2）普通的泥漿護(hù)壁措施，無法應(yīng)對淤泥或砂層的坍孔問題。

3）采取防止孔壁坍塌措施，鋼長護(hù)筒是一個(gè)重要方法。

2.4 旋挖樁二次試樁情況

采用11.5 m超長鋼護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)徑1.25 m、壁厚10 mm，保證鋼護(hù)筒底面穿過砂層底面1.0 m，先旋挖引孔，然后采用振動樁錘輔助下沉鋼護(hù)筒。

二次試樁完成后，灌注混凝土理論方量為25.1 m3，實(shí)際灌注混凝土方量為28.6 m3，超量3.5 m3，混凝土充盈系數(shù)達(dá)1.14。

采用超長鋼護(hù)筒后，淤泥或砂層的坍孔問題得到解決，混凝土超灌量得到有效地控制，說明在深厚淤泥或砂層中進(jìn)行旋挖樁施工，超長鋼護(hù)筒是一種有效的方法。

2.5 深厚淤泥或砂層中旋挖樁施工技術(shù)要點(diǎn)

2.5.1 施工準(zhǔn)備

施工前根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，必要時(shí)針對具體部位進(jìn)行超前鉆探，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況選用合適的鉆機(jī)型號及鉆頭，特別是對存在孤石、混凝土硬層等地質(zhì)情況，選擇鉆機(jī)型號及鉆頭非常重要。

另外，選擇優(yōu)質(zhì)的膨潤土制造泥漿，控制好泥漿相對密度、粘度，合理設(shè)置泥漿池的位置，對于保證泥漿護(hù)壁作用和正常施工有著重要影響。

2.5.2 鋼護(hù)筒壓入及拔出

選用的鋼護(hù)筒深度應(yīng)超過淤泥層及砂層底面1.0 m以上，以保證鋼護(hù)筒的護(hù)壁效果。采用振動錘下沉鋼護(hù)筒時(shí)，速度要慢，以此保證鋼護(hù)筒的垂直度及不對附近已經(jīng)施工完畢的支護(hù)樁、止水帷幕造成不良影響。對于存在孤石、混凝土硬層等地質(zhì)情況，可先用旋挖機(jī)進(jìn)行引孔，待引孔穿越孤石、混凝土硬層后再下沉鋼護(hù)筒。

支護(hù)樁混凝土灌注完畢后，應(yīng)及時(shí)拔出鋼護(hù)筒。在拔出鋼護(hù)筒過程中也應(yīng)嚴(yán)格控制拔出速度，防止斷樁事故的發(fā)生。

2.5.3 控制清孔質(zhì)量

在終孔后檢查孔深前，采用旋挖鉆機(jī)專用的清孔鉆具進(jìn)行清孔。混凝土灌注導(dǎo)管安裝完成后進(jìn)行二次清孔，二次清孔可采用氣舉反循環(huán)技術(shù)，此法清孔質(zhì)量高、速度快，且有利于清除較大的顆粒沉渣，以保證沉渣厚度符合設(shè)計(jì)要求。

2.5.4 施工組織管理

對于存在深厚砂層、淤泥層的地質(zhì)情況，成孔、清孔、下鋼筋籠、灌注混凝土等工序之間的時(shí)間銜接非常重要，因此，加強(qiáng)施工現(xiàn)場組織管理，保證各個(gè)工序在時(shí)間上的順利銜接，這對于減少沉渣厚度，減少坍孔、縮頸風(fēng)險(xiǎn)有著重要影響。

2.6 現(xiàn)場實(shí)施效果

實(shí)踐證明，采用長鋼護(hù)筒，對于旋挖樁的外形成型質(zhì)量較好，基坑土方開挖后，支護(hù)樁的樁壁平整，樁身完整性良好，且對止水帷幕未造成影響，本工程基坑支護(hù)未出現(xiàn)漏水情況。本工程基坑支護(hù)現(xiàn)場實(shí)施效果見圖3。

3 結(jié) 語

1）旋挖樁施工前，應(yīng)先仔細(xì)閱讀地質(zhì)勘察報(bào)告，并按照規(guī)定進(jìn)行試樁，準(zhǔn)確記錄成孔和混凝土灌注情況，充分掌握工程地質(zhì)情況和現(xiàn)場實(shí)際情況。

圖3 基坑支護(hù)現(xiàn)場實(shí)施效果圖

2）對于存在深厚淤泥或砂層的地質(zhì)情況，采用鋼長護(hù)筒，能有效解決坍孔現(xiàn)象，但必須保證鋼長護(hù)筒穿過淤泥或砂層，同時(shí)，應(yīng)保證鋼護(hù)筒的壁厚，以提高鋼護(hù)筒的剛度。

3）鋼長護(hù)筒采用振動錘下沉?xí)r，要注意不能強(qiáng)振，以免影響旁邊已經(jīng)成型的旋挖樁及止水?dāng)嚢铇丁?/p>

4）對于淺層（4.0 m 以內(nèi)）遇到硬層，如孤石等，超長鋼護(hù)筒無法壓入情況，可采用挖機(jī)將其挖除，回填后重新引孔埋設(shè)鋼護(hù)筒。

5）對于深層（4.0 m以上）遇到硬層，如孤石等，超長鋼護(hù)筒無法壓入情況，可采用大功率旋挖樁機(jī)鉆沖硬層引孔后埋設(shè)鋼護(hù)筒。

6）加強(qiáng)現(xiàn)場施工組織管理，特別是保證雨季泥漿池的設(shè)置、施工道路暢通，對于保證旋挖樁正常施工有著重要影響。

［1］ 郭雁平. 談深厚砂層中旋挖樁施工技術(shù)［J］.山西建筑，2015，41（24）∶57-58.

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 51004—2015 建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范［S］.北京∶中國計(jì)劃出版社，2015.

Construction Technology of Pile—Rotary Drilling in the Deep and Thick Sludge or Sand Layer

LONG Gang

TU745.3

B

1008-3707（2016）08-0037-04

2016-04-19

龍 剛（1980—），男，湖南會同人，工程師，從事建筑施工技術(shù)管理工作。